JPH0653538A - 半導体受光素子 - Google Patents

半導体受光素子

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JPH0653538A
JPH0653538A JP4219600A JP21960092A JPH0653538A JP H0653538 A JPH0653538 A JP H0653538A JP 4219600 A JP4219600 A JP 4219600A JP 21960092 A JP21960092 A JP 21960092A JP H0653538 A JPH0653538 A JP H0653538A
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JP
Japan
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light
receiving element
light receiving
crystal
semiconductor
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JP4219600A
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English (en)
Inventor
Reiji Ono
玲司 小野
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体受光素子の受光素子自体を入射光に対し
て傾けないでも入射光に対して傾斜面を得ることによ
り、受光素子を光半導体装置に簡単に搭載し、出力信号
のS/N比、最小受信光出力特性の低下を防止する。 【構成】低次の面方位指数を有する結晶面にほぼ一致す
る主面を有する半導体結晶基板1と、この半導体結晶基
板の表面あるいは内部にあって入射光を電気信号に変換
する光検知部7と、前記半導体結晶基板の主面上にあっ
て前記光検知部に光を導入する光入射領域と、前記半導
体結晶基板の主面の少なくとも光入射領域の表面が前記
結晶面よりも高次の面方位指数を有する多数の結晶面か
らなる凹凸面7aであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体受光素子に係
り、特に戻り光防止機構を有する半導体受光素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、例えばInP半導体結晶を用いた
光デバイスが数多く開発されているが、その中の受光素
子は、入射光を電流信号に変換する機能を有している。
【0003】図9(a)乃至(d)は、従来の半導体受
光素子の製造プロセスの工程を示す断面図である。
【0004】まず、図9(a)に示すように、InP結
晶からなる半導体基板91の面方位(100)の結晶面
上に、液晶結晶成長法により、InPバッファ層92、
InGaAs光吸収層93、InGaAsPアンチメル
トバック層94、InPウィンドー層95を順次積層す
る。上記結晶成長法として、MOCVD法やクロライド
CVD法などの気相成長法を用いる場合には、面方位
(100)あるいは面方位(100)から僅かに傾いた
主面を有するInPウェハーを使用し、InPバッファ
層、InGaAs光吸収層、InPウィンドー層を順次
積層する。なお、この場合には、前記InGaAsPア
ンチメルトバック層を積層しない。
【0005】次に、図9(b)に示すように、前記In
Pウィンドー層95上に選択拡散用マスク96を形成
し、封管拡散法によりZnを拡散してp型領域97を形
成する。
【0006】次に、図9(c)に示すように、上記p型
領域97が形成されたInPウィンドー層95上および
前記選択拡散用マスク96の端部上にp型電極98を蒸
着する。
【0007】次に、図9(d)に示すように、プラズマ
CVD装置により、前記p型領域97上に戻り光防止用
の反射防止膜99を形成し、さらに、InP基板の裏面
にn型電極100を蒸着し、合金炉で電極金属を合金化
する。
【0008】上記のように形成された表面入射型受光素
子は、半導体結晶基板の主面にほぼ平行するpn接合を
有する光検知部が形成されており、この光検知部は、入
射光を電気信号に変換する機能を有する。
【0009】そして、前記反射防止膜99は、低次の面
方位指数を有する結晶面である(100)面にほぼ一致
し、平面である光入射領域表面上に形成され、受光素子
表面での入射光の反射率を下げる機能を有する。もし、
入射光が受光素子表面で反射し、この反射光が発光源、
例えば発光素子に戻ると、発光素子の光、電気的特性が
劣化するが、これを上記反射防止膜99により防止して
いる。
【0010】ところで、上記反射防止膜99は、入射光
の中心波長に対して1/4の波長に相当する膜厚で形成
されているので、入射光の中心波長より波長が離れるに
つれて反射率が高くなる。
【0011】そこで、図10に示すように、受光素子1
01が入射光102に対して傾いた向きとなるように光
半導体装置に搭載され、反射光103が発光源に戻らな
いようにされている。この場合、受光素子101を光半
導体装置に傾けた状態で搭載するために、傾斜部104
aを有する部材104の傾斜主表面が水平になるように
光半導体装置の固定治具を設置し、この水平状態になっ
ている傾斜部主表面上に受光素子101を搭載し、この
状態の受光素子101と光半導体装置のリードピン10
5との間を金属製ワイヤー106により配線する。
【0012】しかし、上記したような従来の受光素子
は、受光素子自体が入射光に対して傾いた向きとなるよ
うに配置されているので、傾斜角度が大きくなると共に
光入射領域の実効面積が減少し、入射光を電気信号に変
換する光検知部で発生する光電流も減少する。
【0013】このような光入射領域の実効面積の減少
は、発光源(発光素子、光ファイバーなど)との光学的
結合を困難にし、また、光電流の減少は、出力信号のS
/N比、最小受信光出力特性の低下を生じるという問題
がある。
【0014】また、図10に示したように、傾斜部10
4aを有する部材104の傾斜部主表面が水平になるよ
うに固定するためには、特殊な固定治具が必要になる
が、この固定治具が有する角度は通常固定されているの
で、角度が異なる場合には、その都度、固定治具の交換
を必要とするという問題がある。
【0015】また、前記リードピン105の配線領域と
受光素子101の配線領域とは前述の傾斜角度を有して
おり、傾斜面への配線は、配線強度の低下をまねくとい
う問題がある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体受光素子は、受光素子が入射光に対して傾いた向
きとなるように配置されているので、出力信号のS/N
比、最小受光出力特性の低下を生じるという問題があ
り、受光素子を入射光に対して傾けた状態で光半導体装
置に搭載するための特殊な固定治具が必要になり、固定
治具の交換、配線強度の低下をまねくなどの問題があっ
た。
【0017】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、受光素子自体を入射光に対して傾けないでも
入射光に対して傾斜面を得ることが可能になり、受光素
子を光半導体装置に簡単に搭載することが可能になり、
出力信号のS/N比、最小受信光出力特性の低下を防止
し得る半導体受光素子を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、低次の面方位
指数を有する結晶面にほぼ一致する主面を有する半導体
結晶基板と、この半導体結晶基板の表面あるいは内部に
あって入射光を電気信号に変換する光検知部と、前記半
導体結晶基板の主面上にあって前記光検知部に光を導入
する光入射領域とを具備する半導体受光素子において、
前記半導体結晶基板の主面の少なくとも光入射領域の表
面が前記結晶面よりも高次の面方位指数を有する多数の
結晶面からなる凹凸面であることを特徴とする。
【0019】
【作用】半導体基板の低次結晶面に対して、面方位依存
性を有する気相のエッチングガスあるいは液相のエッチ
ャントを用いてエッチングを施した場合、その表面は多
数の高次結晶面からなる凹凸面になり、戻り光防止機構
が得られる。
【0020】従って、受光素子自体を入射光に対して傾
けないでも入射光に対して傾斜面を得ることが可能にな
り、光入射領域の実効面積が減少しなくなり、出力信号
のS/N比、最小受光出力特性が向上する。
【0021】また、特殊な固定治具を用いなくても、受
光素子を光半導体装置に簡単に搭載することが可能にな
り、受光素子の配線領域の主平面が光半導体装置のリー
ドピンの配線領域の主平面と平行になり、金属製ワイヤ
ーの配線強度が劣化しなくなる。
【0022】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0023】(実施例1)図1(a)乃至(e)は、本
発明の第1実施例に係るInP系表面入射型受光素子の
製造プロセスの工程を示す断面図である。
【0024】まず、図1(a)に示すように、InP結
晶からなる半導体基板1の面方位(100)の結晶面上
に、液晶結晶成長法により、InPバッファ層2、In
GaAs光吸収層3、InGaAsPアンチメルトバッ
ク層4、InPウィンドー層5を順次積層する。
【0025】次に、図1(b)に示すように、上記In
Pウィンドー層5上に選択拡散用マスク6を形成し、封
管拡散法によりZnを拡散してp型領域7を形成する。
【0026】次に、図1(c)に示すように、上記p型
領域(低次結晶面)7に対して、面方位依存性を有する
気相のエッチングガスあるいは液相のエッチャントを用
いてエッチングを施し、p型領域7の表面に連続した多
数の高次結晶傾斜面からなる凹凸面7aを形成する。
【0027】次に、図1(d)に示すように、電子ビー
ム蒸着法により、前記p型領域7が形成されたInPウ
ィンドー層5上および前記選択拡散用マスク6の端部上
にp型電極8を蒸着する。
【0028】次に、図1(e)に示すように、プラズマ
CVD装置により、前記p型領域7上に戻り光防止用の
反射防止膜9を形成し、さらに、抵抗加熱法あるいは電
子ビーム蒸着法により、InP基板1の裏面にn型電極
10を蒸着し、合金炉で電極金属を合金化する。
【0029】即ち、上記のように製造された表面入射型
受光素子は、半導体結晶基板の主面上に積層され、か
つ、基板主面にほぼ平行するpn接合を有する光検知部
が形成されており、入射光を電気信号に変換する機能を
有する。
【0030】また、図1(c)に示した工程により、光
入射領域の表面に連続した多数の高次結晶面からなる凹
凸面7aが形成されており、戻り光防止機構を有する。
【0031】ここで、高次結晶面からなる凹凸面7aが
形成される理由を説明する。
【0032】InP結晶基板に異原子をドーピングした
場合、ドーパントの種類によってIn、Pのどちらの原
子と置き換わるかが異なる。この場合、Zn(あるいは
Sn)をドーピングすると、Inの原子と置き換わる。
このInP結晶中のドーパントの位置の違いと、エッチ
ャントの種類、エッチングの方法により、エッチング速
度の面方位依存性が異なる。
【0033】そこで、Zn(あるいはSn)をドーピン
グしたInP結晶に対して、適切なエッチャント、エッ
チング方法を用いて(100)面上をエッチングした場
合には、エッチング速度の遅いInとZn(あるいはS
n)により構成される高次の面が形成される。つまり、
エッチング後の結晶表面は、(100)主平面に対して
角度を有する多数の面によって形成される。
【0034】図2は、光入射領域のエッチング工程で用
いられるエッチング装置の一具体例を示す平面図であ
る。
【0035】スターラー21上のシャーレ22の中央に
は、エッチング液を回転させるための回転子23が設置
されている。まず、耐酸性ホルダー24などに張り付け
たInP基板1を回転子23の周囲に設置する。次に、
シャーレ22にエッチング液を入れ、中央の回転子23
によりエッチング液を1000rpmの回転数で10分
間回転させることにより、エッチングを施す。
【0036】図3(a)は、光入射領域表面の高次結晶
面の凹凸状態の観察例を示す斜視図である。
【0037】図3(b)は、上記高次結晶面の断面構造
を示す断面図である。
【0038】図4は、受光素子の戻り光の強度を測定す
るための測定系の構成を示す。
【0039】40は受光素子、41は光源、42は入射
光、43はハーフミラー、45は戻り光、46は戻り光
検知器、47は光強度メータである。
【0040】光源41から出力した強度P0 を有する入
射光42は、ハーフミラー43をー経て受光素子40に
入射する。この場合、入射光42の何割かは受光素子4
0の光入射領域で反射して戻り光45となり、さらに、
ハーフミラー43に到達し、その表面で反射する。この
戻り光45は、戻り光検知器46で検知され、その強度
P1 が光強度メータ47で測定されることにより、入射
光出力強度P0 に対する戻り光強度P1 (反射率)が求
められる。
【0041】図5は、図4の測定系による反射率測定結
果の一例を示す特性図である。
【0042】この図は、受光素子の光入射領域表面が入
射光に対して垂直になるように配置された状態(受光素
子の傾きが0°)から受光素子の光入射領域表面が入射
光に対して例えば30°まで傾けられた状態にわたって
測定した結果を示している。
【0043】ここで、実線は本実施例の戻り光防止機構
を設けた表面入射型受光素子の測定結果、破線は従来の
表面入射型受光素子の測定結果を示す。
【0044】本実施例の受光素子は、受光素子の傾きが
0°の場合でも反射率は低く、受光素子を徐々に傾けて
いくと、光入射領域表面に形成した凹凸面の角度の20
°付近で反射率が最大になり、それ以上傾けていくと反
射率は低下する。
【0045】従来の受光素子は、受光素子の傾きが0°
の場合に反射率が最大になり、受光素子を徐々に傾けて
いくと、それにつれて反射率も低下し、12°付近で反
射率が最低になった。
【0046】上記結果から、本実施例の受光素子は、受
光素子の傾きが0°の場合でも戻り光が低減されること
が確認された。
【0047】図6(a)は、本実施例の受光素子につい
て、受光素子とこれを搭載する光半導体装置のリードピ
ンとの間に結線された金線の引っ張り強度の分布状態
(試料が30個の場合)を測定した結果を示すヒストグ
ラムである。
【0048】これと対比するために、従来例の受光素子
とこれを搭載する光半導体装置のリードピンとの間に結
線された金線の引っ張り強度の分布状態を測定した結果
を図6(b)に示した。
【0049】上記結果から、本実施例の受光素子では、
受光素子の配線領域とリードピンの配線領域とが平行に
なるので、金線の引っ張り強度が低下しないことが確認
された。
【0050】即ち、本実施例の受光素子によれば、半導
体基板の低次結晶面に対して、面方位依存性を有する気
相のエッチングガスあるいは液相のエッチャントを用い
てエッチングを施すことにより、その表面に多数の高次
結晶面からなる凹凸面7aが形成され、戻り光防止機構
が得られる。
【0051】従って、受光素子自体を入射光に対して傾
けないでも入射光に対して傾斜面を得ることが可能にな
り、光入射領域の実効面積が減少しなくなり、出力信号
のS/N比、最小受光出力特性が向上する。
【0052】また、特殊な固定治具を用いなくても、受
光素子を光半導体装置に簡単に搭載することが可能にな
り、受光素子の配線領域の主平面が光半導体装置のリー
ドピンの配線領域の主平面と平行になり、金属製ワイヤ
ーの配線強度が劣化しなくなる。
【0053】(実施例2)図7(a)乃至(e)は、本
発明の第2実施例に係るInP系表面入射型受光素子の
製造プロセスの工程を示す断面図である。
【0054】まず、図7(a)に示すように、InP結
晶からなる半導体基板1の面方位(100)の結晶面上
に、MOCVD法により、InPバッファ層2、InG
aAs光吸収層3、SnドープInPウィンドー層75
を順次積層する。
【0055】次に、図7(b)に示すように、上記Sn
ドープInPウィンドー層75上に選択拡散用マスク6
を形成する。さらに、光入射領域に対して、面方位依存
性を有する気相のエッチングガスあるいは液相のエッチ
ャントを用いてエッチングを施し、光入射領域の表面に
連続した多数の高次結晶傾斜面からなる凹凸面7aを形
成する。
【0056】次に、図7(c)に示すように、封管拡散
法によりZnを拡散してp型領域7を形成する。
【0057】次に、図7(d)に示すように、電子ビー
ム蒸着法により、前記p型領域7が形成されたInPウ
ィンドー層75上および前記選択拡散用マスク6の端部
上にp型電極8を蒸着する。
【0058】次に、図7(e)に示すように、プラズマ
CVD装置により、前記光入射領域上に戻り光防止用の
反射防止膜9を形成し、さらに、抵抗加熱法あるいは電
子ビーム蒸着法により、InP基板の裏面にn型電極1
0を蒸着し、合金炉で電極金属を合金化する。
【0059】本実施例2による表面入射型受光素子も、
前述した実施例1による表面入射型受光素子と同様の効
果が得られた。
【0060】(実施例3)図8(a)乃至(f)は、本
発明の第3実施例に係るInP系裏面入射型受光素子の
製造プロセスの工程を示す断面図である。
【0061】まず、図8(a)に示すように、面方位
(100)から僅かに傾いた主面、例えば<110>方
向に2°傾いた主面を有するSnドープInP基板81
上に、クロライドCVD法により、InPバッファ層
2、InGaAs光吸収層3、InPウィンドー層5を
順次積層する。
【0062】次に、図8(b)に示すように、上記In
Pウィンドー層5上に選択拡散用マスク6を形成し、封
管拡散法によりZnを拡散してp型領域7を形成する。
【0063】次に、図8(c)に示すように、電子ビー
ム蒸着法により、前記p型領域7上にp型電極8を蒸着
する。
【0064】次に、図8(d)に示すように、プラズマ
CVD装置により、前記SnドープInP基板81の裏
面上で前記p型領域7に対向する部分に光入射領域を露
出させた誘電体薄膜82を形成する。
【0065】次に、図8(e)に示すように、上記光入
射領域に対して、面方位依存性を有する気相のエッチン
グガスあるいは液相のエッチャントを用いてエッチング
を施し、光入射領域の表面に連続した多数の高次結晶傾
斜面からなる凹凸面7aを形成する。
【0066】次に、図8(f)に示すように、プラズマ
CVD装置により、前記光入射領域上に戻り光防止用の
反射防止膜9を形成し、さらに、抵抗加熱法あるいは電
子ビーム蒸着法により、光入射領域外にn型電極10を
蒸着し、合金炉で電極金属を合金化する。
【0067】本実施例3による表面入射型受光素子も、
前述した実施例1による表面入射型受光素子と同様の効
果が得られた。
【0068】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、受光素
子自体を入射光に対して傾けないでも入射光に対して傾
斜面を得ることが可能になり、受光素子を光半導体装置
に簡単に搭載することが可能になり、出力信号のS/N
比、最小受信光出力特性の低下を防止し得る半導体受光
素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る表面入射型受光素子
の製造プロセスの工程を示す図。
【図2】図1(c)の工程で用いられるエッチング装置
の一具体例を示す平面図。
【図3】図1の工程で得られた光入射領域表面の高次結
晶構造を示す写真であり、(a)は斜視図で(b)は断
面図。
【図4】受光素子の戻り光の強度を測定するための測定
系を示す構成図。
【図5】図4の測定系による反射率測定結果の一例を示
す特性図。
【図6】受光素子とこれを搭載する光半導体装置のリー
ドピンとの間に結線された金線の引っ張り強度の分布状
態を測定した結果を示すヒストグラム。
【図7】本発明の第2実施例に係る表面入射型受光素子
の製造プロセスの工程を示す図。
【図8】本発明の第3実施例に係る裏面入射型受光素子
の製造プロセスの工程を示す図。
【図9】従来の表面入射型受光素子の製造プロセスの工
程を示す図。
【図10】従来の表面入射型受光素子を搭載した光半導
体装置の一部を示す側面図。
【符号の説明】
1…InP結晶基板、2…InPバッファ層、3…In
GaAs光吸収層、4…InGaAsPアンチメルトバ
ック層、5…InPウィンドー層、6…選択拡散用マス
ク、7…p型領域、8…p型電極、9…反射防止膜、1
0…n型電極、75…SnドープInPウィンドー層、
81…SnドープInP結晶基板、82…誘電体薄膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低次の面方位指数を有する結晶面にほぼ
    一致する主面を有する半導体結晶基板と、この半導体結
    晶基板の表面あるいは内部にあって入射光を電気信号に
    変換する光検知部と、前記半導体結晶基板の主面上にあ
    って前記光検知部に光を導入する光入射領域と、前記半
    導体結晶基板の主面の少なくとも光入射領域の表面が前
    記結晶面よりも高次の面方位指数を有する多数の結晶面
    からなる凹凸面であることを特徴とする半導体受光素
    子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体受光素子におい
    て、 前記光入射領域は、In(1-x) Gax Asy
    (1-y) (0≦x ,y ≦1)あるいはSiあるいはGeの
    結晶からなることを特徴とする半導体受光素子。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体受光素子におい
    て、 前記光入射領域は、InP結晶からなり、SnまたはZ
    nがドーピングされていることを特徴とする半導体受光
    素子。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    半導体受光素子において、前記低次の面方位指数を有す
    る結晶面は、(100)面であることを特徴とする半導
    体受光素子。
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